Räumliches Informationssystem zur Erfassung, Dokumentation und Analyse Industriearchäologischer Objekte (RIO, Teilprojekt Geometrie)

Abgeschlossen
Topologisches Modell: Körperfestes Koordinatensystem i3mainz, CC BY SA 4.0

Die Datenfusion von Bild- und Scandaten dient der Verknüpfung visueller und geometrischer Information und soll eine verbesserte Interpretations- sowie Modellierungsgrundlage für 3D-Objekte schaffen. Es wird die Entwicklung eines Verfahrens angestrebt, bei dem die Aufnahmestandpunkte von Kamera und Laserscanner nicht identisch sein müssen. Hierdurch lässt sich eine gesteigerte Flexibilität bei der Objekterfassung realisieren.

Motivation

Aufgrund der komplementären Eigenschaften von Bild- und Scandaten werden zunehmend sowohl die digitale Photogrammetrie als auch das terrestrische Laserscanning simultan für die Erfassung und Dokumentation dreidimensionaler Objekte verwendet. Ihre kooperative Nutzung erfordert sowohl die Korrespondenzherstellung zwischen den unterschiedlichen, heterogenen Datentypen als auch die Verknüpfung gleichartiger Datentypen verschiedener Aufnahmestandpunkte.

Aktivitäten

Das entwickelte Verfahren nutzt speziell konzipierte Passobjekte, um bessere Bedingungen für eine Korrespondenzherstellung zu schaffen. Der Schwerpunkt liegt dabei in der Verknüpfung der Scandaten. Zum Einsatz kommen Würfel, deren Eckpunkte als Passpunkte zur Bestimmung der Transformationsparameter verwendet werden. Die Zerlegung des Würfels in seine Einzelelemente (Ebenen, Kanten, Eckpunkte) und die Extraktion der Würfeleckpunkte erfolgt mittels eines RANSAC-Algorithmus sowie der Ausgleichung und Verschneidung der Würfelebenen auf Basis eines topologischen Modells. Dieses erlaubt durch seine Eindeutigkeit die Bestimmung der räumlichen Ausrichtung des Würfels.

Resultate

Die Genauigkeit der berechneten Würfelgeometrie richtet sich in erster Linie nach der Aufnahmeentfernung. Für eine Distanz <10m werden maximale Längenabweichungen der Raum- und Flächendiagonalen von <4mm erhalten.

Die berechneten Transformationsparameter bei der Verknüpfung der Scandaten sind vergleichbar mit den Resultaten bestehender Verfahren zur Registrierung von Scandaten. In Abhängigkeit von der Aufnahmekonfiguration betragen die Restklaffungen bis zu 5mm. Im Gegensatz zu bestehenden Verfahren werden mit nur einem Würfel bereits gute Näherungswerte für die Transformationsparameter erhalten.

Die Bestimmung der Würfeleckpunkte aus den Scandaten schafft zugleich gute Voraussetzungen für eine Verknüpfung mit den Bilddaten, die unabhängig von der Position des Scannerstandpunktes aufgenommen werden können.